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ハードウェアRTOS (HW-RTOS) の概要

[ 概 要 | コンセプト仕 様応用例次世代チュートリアル ]

 

 

1. HW-RTOSとは

HW-RTOSはリアルタイムOSをハードウェア化したものです。従来のソフトウェアによるRTOSと比較して、オーバヘッドが少なく高いリアルタイム性能を実現します。セマフォ、イベントフラグなど標準的なシステムコールを約30種類サポートしており、高速でバラつきの少ない実行時間や割り込み応答が可能です。このため、最悪実行時間を規定できるようになり、リアルタイムシステムの設計が容易となります。

HW-RTOSの詳細な情報を下記ビデオでも紹介しております。ご参照ください。

 

  1. HW-RTOSの概要
  2. HW-RTOSの機能と性能
  3. 次世代HW-RTOS

 

2.リアルタイム組み込みシステムにおける課題

3. HW-RTOSを実装する当社製品

当社では、現在下記製品にHW-RTOSを実装しております。

 

RZ/N1D

Cortex®-A7(Dual)
+
Cortex®-M3
4p GbE Switch +1 MAC
EtherCAT Slave Controller
Sercos

RZ/N1S

Cortex®-A7
+
Cortex®-M3
4p GbE Switch +1 MAC
EtherCAT Slave Controller
Sercos

RZ/N1L

Cortex®-M3


2p GbE Switch + 1 MAC
EtherCAT Slave Controller
Sercos

RZ/T1

Cortex®-R4 Processor with FPU
+
Cortex®-M3
2p Ether Switch + 1 MAC
EtherCAT Slave Controller* (*Option)

R-IN32M3-EC

Cortex®-M3
2p Ether Switch
On chip PHY
EtherCAT Slave Controller

R-IN32M3-CL

Cortex®-M3
2p GbE Switch
CC-Link IE Field Controller

R-IN32M3-CL2

Cortex®-M4 Processor with FPU
2p GbE Switch
On chip GbE PHY
CC-Link IE Field Controller

 

 

4. HW-RTOSの特徴

特徴 その1  世界一のRTOS性能

HW-RTOSは世界一のRTOS性能を提供します。すなわち、超高速なシステムコール実行時間、インターラプト応答性能を提供します。具体的には従来のソフトウェアRTOSに比較し、実質2〜3倍の性能を提供します。また従来のソフトウェアRTOSでは、実行時間や応答時間の最悪値を定義することが困難でした。これは処理時間が内部の状態により刻々と変化するからです。一方HW-RTOSでは条件付きながら各システムコールや割込み応答時間の最悪値を定義することができます。これはリアルタイム設計において大きなアドバンテージです。さらに、割込み応答時間のジッタが極めて小さく、安定した割込みレイテンシを得られるのも大きな特徴です。このようにHW-RTOSにより、エンベデッドシステムにおいて高いハードリアルタイムシステムを実現することが可能です。

 

機能・性能 従来のRTOS HW-RTOS
システムコール実行時間 (μsec) 1〜27以上 1〜3
割込み応答性能 (μsec) 1〜5以上 1〜2

@100MHz動作クロック

 

特徴 その2  Tickオフローディング

TickはRTOSにおいてリアルタイム動作を実行するための必須機能ですが、このTick処理を完全ハードウェア化致しました。これにより、従来必要であったTickのための周期割込みが不要になり、またTick処理をCPUで実行することが必要なくなり、CPUの処理効率の向上、割込み禁止期間の短縮、Tick周期の大幅短縮による高精度化を実現しました。

 

特徴 3  HW ISR (ハードウェアISR)

HW ISRはISR処理を定型化し、ハードウェア化したものです。一般に、ISR(Interrupt Service Routine)実行中は割込み禁止状態になるため、ISRで多くの処理は行わず、セマフォ解放、イベントフラグセット等のシステムコールを発行し、これらの事象を待っていたタスクに処理を引き継ぎます。HW ISRとは、ISRで発行したシステムコールをHW-RTOS内部で自動的に発行するようにした機能です。これにより割込み発生からISRの終了までを全てハードウェアで実現できるため、割込み応答性能が大幅に向上するだけでなく、割込み禁止状態期間も大幅に短縮します。HW ISRはシステムのリアルタイム性能を大きく向上させます。

 

特徴 4 少ないフットプリント

HW-RTOSはほとんどの機能がハードウェアで実装されております。従来のソフトウェアRTOSで必要であったRTOSのためのコード、RTOSが必要とするテーブル類は全てハードウェアコアの中に実装されています。必要なのはHW-RTOSを動作させるためのライブラリソフトウェアのためのメモリエリアのみです。従って、従来のRTOSに比較し、少ないフットプリントを実現しています。

 

特徴 5  簡単な使用方法・ロイヤルティーフリー

HW-RTOS実装製品においては、RTOS部分は既にハードウェア的に全てのLSIに実装されております。当社ホームページよりRTOSライブラリをダウンロードし、ターゲットにロードすることにより、簡単にシステムを立ち上げることができます。
 HW-RTOSはロイヤリティ−フリーです。すなわち、当社製品に実装済みのHW-RTOSを使用するうえで、使用許諾にかかわる使用料金は一切発生いたしません。